Python：模塊 __dict__ 詳解

在 Python 中，模塊（module）是一級命名空間對象。無論是通過 import 加載的標準庫模塊、第三方模塊，還是直接運行的腳本本身，每個模塊都以對象形式存在于內存中，并通過其 __dict__ 屬性統一管理所有模塊級名稱。

理解模塊的 __dict__，不僅是掌握模塊工作機制的關鍵，也是深入理解 Python 命名空間模型、導入機制以及運行期動態行為的重要基礎。

一、模塊對象與模塊命名空間

（1）模塊是運行期對象，而非靜態概念

在 Python 中，模塊不是“代碼文件”的抽象概念，而是運行期存在的實際對象。

print(type(math))    #

每一個模塊對象都擁有一組標準屬性，例如：

? __name__：模塊名稱

? __file__：模塊源文件路徑

? __spec__：模塊的導入規范

? __loader__：模塊加載器

? __dict__：模塊命名空間

其中，__dict__ 是模塊命名空間的唯一物理載體，存儲了模塊中的所有名稱。

（2）模塊 __dict__ 的定義

模塊 __dict__ 表示模塊級的命名空間本身。模塊中通過賦值語句、函數定義、類定義、import 語句創建的所有名稱，最終都存儲在這個字典中。

示例：

    pass

加載后查看其命名空間：

print(demo.__dict__.keys())

輸出：

dict_keys(['__name__', '__doc__', '__package__', '__loader__', '__spec__', '__file__', '__cached__', '__builtins__', 'x', 'f', 'C'])

可以看到，模塊 __dict__ 既包含用戶定義的變量、函數、類，也包含系統自動添加的元信息。

二、types 模塊與 ModuleType 的作用

為了準確理解模塊 __dict__，需要明確模塊對象的具體類型。

（1）types 模塊的角色

標準庫 模塊提供了對解釋器內部核心對象類型的標準化引用，如：

? FunctionType 函數類型

? MethodType 方法類型

? ModuleType 模塊類型

? GeneratorType 生成器類型

這些不是“新類型”，而是對既有內置類型的正式命名，便于類型檢查和明確意圖。

（2）ModuleType 的本質

types.ModuleType 表示模塊對象的類型：

print(type(math) is types.ModuleType)    # True

所有通過 import 得到的模塊對象，本質上都是 ModuleType 的實例。

（3）ModuleType 的構造語義

types.ModuleType(name, doc=None)

參數含義：

? name：模塊名（對應 __name__）

? doc： 模塊文檔字符串（對應 __doc__）

示例：

print(m.__dict__)   # {}

（4）ModuleType 創建的是真實模塊對象

需要明確的一點是，types.ModuleType 創建的并不是“偽模塊”，而是真正的模塊對象。區別僅在于：

特性

import 創建的模塊

ModuleType 創建的模塊

代碼執行

自動執行模塊代碼

不自動執行代碼

__dict__ 填充

自動填充

初始為空字典

系統屬性

自動設置 __spec__、__loader__

需手動設置

注冊到 sys.modules

自動注冊

不自動注冊

在對象模型層面，它們完全一致：

print(type(m1) is type(m2))  # True

（5）使用 ModuleType 的意義

使用 ModuleType 的目的在于：隔離模塊對象結構本身與 import 機制的副作用。

示例：

print(m.__dict__)  # {'x': 42, 'hello': at ...>}

這清晰地體現了：

? 模塊屬性 ≡ 模塊 .__dict__ 中的鍵值對

? 模塊命名空間完全由模塊 __dict__ 管理

三、模塊 __dict__ 的生命周期

模塊 __dict__ 的生命周期與模塊對象本身嚴格一致。

（1）創建階段

執行順序為：

1、創建模塊對象：實例化 ModuleType

2、初始化空 __dict__：創建空字典作為命名空間

3、執行模塊代碼：逐條執行語句，將結果寫入 __dict__。

exec(open('demo.py').read(), demo.__dict__)    # 導入過程的“概念性等價描述”

（2）運行階段：動態可變

模塊 __dict__ 是一個完全可寫的普通字典，可在運行時動態改變：

del demo.__dict__['new_var']

模塊在運行期可以：

? 動態添加屬性/刪除屬性

? 可被反射、注入、修改

? 作為插件系統的載體

（3）銷毀階段

當模塊對象被垃圾回收時，模塊 __dict__ 隨對象一同銷毀，其命名空間不再存在。

通常，模塊會常駐內存，因為 sys.modules 持有對模塊對象的強引用。除非顯式從 sys.modules 中刪除，否則模塊對象及其 __dict__ 會一直存在。

四、模塊 __dict__ 與屬性訪問機制

模塊屬性訪問遵循簡單直接的規則：

module.attr

在屬性存在的情況下，在語義上等價于：

module.__dict__['attr']

二者在異常類型上略有差異。

屬性訪問特點：

? 無方法綁定：模塊中的函數始終是普通函數對象。

? 無 MRO 查找：不存在繼承鏈查找。

? 無描述符處理：不涉及 __get__/__set__ 協議，即使模塊中存在實現了描述符協議的對象，模塊屬性訪問也不會觸發描述符綁定邏輯。

? 直接字典查找：屬性訪問就是字典鍵查找。

示例：

demo.f()  # 返回 "function"，不會生成方法對象

五、模塊 __dict__ 的典型用途

（1）反射與調試

可用于枚舉模塊成員、動態分析模塊結構以及 REPL / 調試器實現。

pdb.set_trace()  # 調試器內部使用 __dict__ 訪問局部變量

（2）動態注入 API

常見于插件系統、框架自動注冊以及運行期擴展接口。

    sys.modules[module_name] = module

（3）框架自動注冊

    return decorator

六、不同對象的命名空間對比

對象類型

__dict__ 特性

可變性

特殊行為

實例

普通 dict

完全可變

支持屬性訪問協議

mappingproxy

需通過賦值語句

支持繼承、描述符

模塊

普通 dict（完全可寫）

完全可變

直接字典映射

模塊是唯一一個頂層、全局、完全可變的命名空間對象，這也是它常被用作配置容器、插件載體、全局狀態管理的原因。

小結

模塊 __dict__ 是模塊命名空間的實體載體，保存了模塊中定義的全部名稱。模塊對象本質上是 types.ModuleType 的實例，其 __dict__ 是一個普通、完全可寫的字典。模塊加載時，解釋器創建模塊對象并逐步填充其 __dict__；運行期中，該字典可被動態修改。模塊屬性訪問直接映射到 __dict__ 查找，不涉及方法綁定或 MRO。

理解模塊 __dict__，是理解 Python 命名空間、import 機制以及動態特性的關鍵基礎。

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